航道工程2课件

航道工程学Ⅱ(航道整治部分)徐金环2005.主要内容第一章碍航浅滩第二章整治工程规划第三章整治工程及水力计算第四章航道疏浚第一章碍航浅滩主要讲解内容第一节浅滩及其成因第二节浅滩上的水流和泥沙运动第三节浅滩演变及演变分析方法第一节浅滩及其成因浅滩分类按其岩石土质组成分:石质浅滩、卵石浅滩、砂卵石浅滩、砂质浅滩、泥沙浅滩。按滩形特征和碍航情况分:正常浅滩、交错浅滩、复式浅滩、散乱浅滩。按浅滩成因和所在地区分:弯道浅滩、分汊河道浅滩、支流河口浅滩、回水变动区段浅滩、湖泊水网区浅滩、潮汐河口浅滩。浅滩组成组成图浅滩的形成是由于河段输沙不平衡而产生的局部淤积。造成输沙不平衡的原因流速的减小环流的减弱或消失洪枯水的流向不一致局部地区来沙量的加大第二节浅滩上的水流和泥沙运动一浅滩上的纵向比降和流速rrrrrgHUgULHaJ2tan222环流:表面流速指向凹岸,流速增大,冲刷河岸;底部流速指向凸岸,流速减小,淤积河岸;三泥沙运动浅滩上的推移质泥沙运动,多是以沙波方式进行的。涨水时,沙波运动较慢,落水时沙波运动较快。（洪淤枯冲）二环流环流分布图第三节浅滩演变及演变分析方法浅滩演变是指浅滩随水流运动和来水来沙条件而发生的变化。一影响浅滩演变的主要因素1.来水来沙条件流量大、沙量小，易冲刷；流量小、沙量大，易淤积。2.河床边界条件河床平面形状的束窄、放宽，河床纵向的局部升高、降低，边滩的尺度、部位、形状，河床组成颗粒的粗细，沙波的尺度。3.上下游河段演变的影响浅滩上游水流动力轴线的变动，影响浅滩河段主流摆动；下游河段的演变只在某种程度上加强、减弱演变强度，不会使浅滩发生根本性变化。二浅滩演变的基本规律1.浅滩的稳定性和活动性2.浅滩演变的年周期性3.浅滩演变的多年周期性三浅滩演变的分析法1.浅滩的水深分析2.浅滩形态的演变分析a河段深泓线变化b平面变化c纵断面变化d横断面变化3.浅滩演变的综合分析水力、泥沙和河床形态的沿程变化、平面变化、过程变化。第二章整治工程规划主要讲解内容第一节概述第二节整治断面设计第三节整治线平面布置第一节概述航道整治：在水流条件复杂或航行困难的河段，为使船舶能安全航行所采取的改善航道工程措施。一中、洪水综合整治整治工程措施：稳定河势、固定岸线、束水工程等。二枯水航道整治（我国许多河流基本采用这种整治方法）整治主要对象：最低通航水位时，出浅碍航的河段。整治工程措施：采用丁、顺坝束水整治。第二节整治断面设计整治断面设计，包括设计水位、整治水位、整治线宽度。一设计水位1.最高、最低通航水位最低通航水位是航道标准水深的起算水位，是航道整治的依据。最高通航水位是设计代表船型正常航行的最高水位，也是确定跨河建筑物净高的起算水位。2.基本水文站二.天然河流最低通航水位的推求1.保证率频率法常用于一至四级航道2.综合历时曲线法常用于五至七级航道三浅滩设计水位的确定方法1.水位相关法2.比降插入法3.瞬时水位法四天然河流最高通航水位的确定方法1.流量频率法2.历时频率法五特殊河道设计水位六关于设计水位的调整1.工程影响问题2.上下游协调问题七整治水位整治水位是指整治工程对滩险的航行条件有显著改善的水位。平原、山区河流浅滩整治水位的确定常采用以下两类：1.经验方法在浅滩资料不足时采用2.造床流量法a按流量比降频率乘积方法推求b按输沙能力公式推求3.整治水位的调整八整治线宽度整治线宽度是指整治水位时设计新河槽的河面宽度。整治线宽度宜适宜，过宽，则束水效果差，冲刷能力弱；过窄，则产生局部冲刷，引起下游河段的淤积，或流速过大使航行条件恶化。整治线及其宽度示意图整治线宽度确定的方法1.经验方法2.理论计算方法a水力学计算方法b输沙平衡方法3.流速控制方法67.1112tHBB第三节整治线平面布置某浅滩整治线平面布置一整治线布置原则1.整治线必须依托主导河岸整治线的起点和终点应以稳定深槽的主导河岸为依托。稳定深槽：符合航行要求和历年来变化不大的深槽，一般靠近凹岸。2.整治线与水流方向夹角要小3.整治线宜通过浅滩上最大流速区4.全面考虑两岸工农业需要和防洪要求二整治线的平面形态整治线的平面形态应遵循规律：河道弯曲半径和上下两反弯河道中的直线段长度适中时，和道的平面形态与来水来沙条件和地质条件相适应，形成稳定的河型，满足航行的要求。示意图示意图示意图三整治线的控制工程1.丁坝丁坝是坝根与河岸相连，坝头伸至整治线，在平面上与岸线构成丁字形的横向整治建筑物。作用：束窄河床、导水归槽、调整流向、改变流速、冲刷浅滩、导引泥沙等。2.顺坝顺坝是一种坝轴线与水流方向平行或成一锐角、顺向布置的整治建筑物。作用：导流（主要），具有束水归槽、改变水沙流向、增大航道流速等。护岸丁坝示意图顺坝布置示意图3.锁坝锁坝是一种拦断河流汊道的水工建筑物，又称堵坝。作用：塞支强干，增加主汊的流量或抬高河段水位，以增强主汊的输沙能力。4.洲头分流坝是一种建筑在汊道洲头的分流建筑物。作用：保护江心洲，维护河势的稳定，调节通航汊道的流量，改善船舶通航条件。5.护岸护岸是保护岸坡，防止波浪、水流侵蚀的工程。锁坝布置示意图洲头分流坝示意图第三章整治工程及水力计算主要讲解内容第一节过渡性浅滩整治第二节分汊型河段浅滩整治第三节弯道浅滩整治第四节潮汐河口浅滩整治第五节山区河流滩险及特殊河段整治第六节整治工程水力计算第一节过渡性浅滩整治过渡性浅滩根据其外形和碍航情况分:正常浅滩、交错浅滩、复式浅滩、散乱浅滩四种基本类型。一正常浅滩的改善和治理正常浅滩特点：边滩和深槽左右上下对应分布，边滩较高，上下深槽不交错，浅滩脊与枯水河槽夹角不大，鞍凹明显，水流从上深槽过渡到下深槽的流路比较集中、平顺，河床冲淤变化不大，平面位置较稳定。1.微弯河段正常浅滩的整治2.顺直河段正常浅滩的整治整治图整治图示意图二交错浅滩的水流运动与整治措施交错浅滩特点：上下深槽在平面上相互交错，下深槽的首部为窄而深的倒套；浅滩脊宽而浅，鞍凹浅窄，甚至无明显鞍凹；边滩较低，横向漫滩水流较强烈。1.交错浅滩的水流运动与碍航特点水流特点：具有强烈的横向漫滩水流，水流自上深槽下部急剧地横斜向下深槽流动，状似扇形，又称扇形水流。产生斜向水流的主要原因：由于下深槽倒套的存在。碍航特点：造成浅滩上航行不足，由于横向水流存在促使船舶偏离航道。2.交错浅滩的整治措施：消除漫向倒套横向水流的不利影响，固定、抬高下边滩。示意图整治图三复式浅滩和散乱浅滩的整治1.复式浅滩的整治复式浅滩是由两个或两个以上浅滩所组成的滩群。特点：两岸边滩和深槽相互交替分布，在上下浅滩之间有着共同的边滩和浅滩。整治措施：固定加高上、下边滩，并堵塞倒套。2.散乱浅滩的整治散乱浅滩特点：河床宽浅，沙体散乱，无明显边滩和深槽，水流分散，航道曲折且极不稳定。整治措施：根据上下游河段的河势，规划出一条正常弯曲形整治线，然后通过丁坝将散乱的沙体联结合促淤成边滩，以固定河势，导引水流集中冲刷航槽。整治图整治图第二节分汊型河段浅滩整治一汊道特性与通航汊道的选择1.汊道特性水沙分股输移；趋向萎缩时，严重淤积，趋向发展时，严重冲刷；平面形态上呈宽窄相间的莲藕状，窄段（节点或控制河段）内航道单一，水深良好，宽段（汊道）水流分散，航道水深不足。2.通航汊道的选择为保证航道稳定和畅通，须将航道选择在发展的汊道上。应着重考虑：a发生冲刷且较稳定的汊道为发展的汊道；b来沙量小于输沙能力的汊道；c汊道口门处底沙进入较少的汊道；d汊道进口分流比大于分沙比的汊道。二汊道的稳定与改善工程1.稳定汊道工程运用于通航汊道满足航行要求，河势良好的情况。a控导与保护节点b稳定汊道进口段边界c控制江心洲的头尾部d保护河湾2.改善汊道工程运用于分汊河道发展与通航要求不相适应，且又不可能或不允许通过塞支强干来加以根治的情况。三堵汊工程运用于通航汊道需增加较多流量才能满足通航要求的情况。示意图示意图第三节弯道浅滩整治一弯道演变二弯道整治1.保护凹岸，控制弯道发展a平顺护岸b筑丁坝护岸2.筑坝导流，调整岸线3.裁弯取直，新开航槽示意图第四节潮汐河口浅滩整治一潮汐河口水流泥沙运动与河口浅滩1.河口潮波运动潮波在河口向上游传播过程中一般是前进波和驻波间的过渡状态。影响潮波变形因素：河口平面形态，水深，上游径流。2.盐水入侵3.河口泥沙运动泥沙来源：径流挟带输运的流域泥沙和随潮流而来的海域泥沙。泥沙运动：河口区悬移质泥沙在周期性往复流作用下，处于往复搬运、时沉时扬的过程中。河口上游来的推移质泥沙运行至潮流界以下时，受涨落潮作用，出现不断进退的往复运动。4.河口汊道与河口浅滩a河口汊道b河口浅滩拦门沙：泥沙运至河口后，堆积在口门附近时的泥沙。沙坎：泥沙运至河口后，堆积在河口内部时的泥沙。河口地区形成拦门沙还是沙坎取决于山水（将泥沙推向外海，使河口冲刷）潮流（将泥沙推进河口，使河口泥沙淤积）的能量对比。二河口整治对沙坎的整治原则与方法与内河基本一致。这里主要讨论河口拦门沙的整治1.整治原则a调整山潮水比值对拦门沙整治宜减小山潮水比值，使淤积位置內移，滩顶降低。对沙坎整宜增大山潮水比值，使淤积部位下移。b直接改变浅滩上的水流条件c防止泥沙的进入d注意盐水入侵的影响2.整治规划航槽选择，整治线走向，河湾与河宽3.整治工程布置a导堤布置b丁坝、顺坝布置第五节山区河流滩险及特殊河段整治一山区河流的主要特征1.河床地质特征主要是石质河床和卵石河床，也有少量的沙质河床。2.地形特征峡谷河段和宽谷河段3.水位特征水位、流量，水面比降，流速特征，泥沙特征4.碍航流态回流，漩水，泡水等5.滩险特征按碍航原因分：急流滩，险滩，浅滩按河床组成分；基岩滩，卵石滩，沙滩示意图二基岩滩险整治1.基岩急流滩整治扩大泄水断面改造滩口形态开辟缓流航道修建潜坝减缓滩上比降和流速在石盘上开挖航槽“上疏下抬”整治方法2.基岩险滩整治三卵石滩险整治四其他特殊河段航道整治第六节整治工程水力计算一单一河道整治水力计算在推算水面线时，常将控制断面设在下游，根据已知水位从下游向上游逐段推算。1.基本方程式能量平衡方程jfhhgVZgVZ2221112222`计算段上、下游断面水位计算段上、下游断面平均流速动能修正系数沿程水头损失LKQhf22局部水头损失gVhj221示意图2.河道分段与计算断面选择计算段划分原则：计算段内过水断面变化不大；水力要素（比降、糙率等）基本一致；计算段内流量保持不变。计算断面选择：与主流垂直，避开回流区；断面突变地方增设断面；分流点与汇流点的前后增设断面。3.计算所需资料a河道地形图b计算河段下游固定水尺较长时间的水位资料和实测洪、中、枯三级水位的沿程瞬时水面线及相应的流量。二丁、顺坝水力计算1.丁坝壅水计算（原则：从下游向上游推算）（1）单丁坝壅水计算a非淹没条件下壅水计算从下游控制断面向上游推算至丁坝回流区末端得到坝下水位，加上丁坝壅水高度得坝上断面（丁坝上游3H处，H为丁坝空口过水断面平均水深）水位，再由该水位向上游推算水面线至所需位置。b淹没条件下壅水计算先计算建坝前天然河道水面线，得丁坝上游处3H处的坝上断面的水位，然后加上丁坝壅水高度继续向上游推算。（2）丁坝群壅水计算2.顺坝壅水计算非淹没时：从下游控制断面按天然河道推算水面线至顺坝下游回流区末端，扣除回流区及顺坝掩护范围后继续向上游推算。淹没时：将顺坝垂直于水流方向的投影长度作为等效丁坝计算长度，按单丁坝的计算方法计算。3.非淹没丁坝下游回流区计算a回流区长度计算b回流区宽度计算4.丁、顺坝束水后航槽流速分布及冲刷深度计算5.丁坝坝头冲刷深度计算规范公式KLKVVhLhhmcp0207.05.084.1示意图三汊道整治水利计算1.工程前汊道水力计算根据水流连续原理及两汊在分流断面和汇流断面的水位分别相等为条件，满足